無測量塔的短線法節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁施工控制技術(shù)

巫興發(fā)，鮮榮，郗永磊

（1.中交第二航務(wù)工程局有限公司，長大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，湖北 武漢 430014；2.廣東省公路建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510623；3.中交二航局第二工程有限公司，重慶 401120）

無測量塔的短線法節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁施工控制技術(shù)

巫興發(fā)1，鮮榮2，郗永磊3

（1.中交第二航務(wù)工程局有限公司，長大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，湖北 武漢 430014；2.廣東省公路建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510623；3.中交二航局第二工程有限公司，重慶 401120）

短線法預(yù)制拼裝橋梁，即將橋梁劃分為短節(jié)段，在短節(jié)段模板中逐段預(yù)制，運輸至指定位置拼裝成橋。國內(nèi)目前常用的施工控制方法為有測量塔的方法，文章介紹一種無測量塔的控制方法，對此兩種方法進行對比分析，證明大部分情況下無測量塔方法具有與有測量塔方法一樣的精度，在軟土地基、梁高較大等測量塔穩(wěn)定性不容易保證的情況下，無測量塔方法具有更高精度。

短線法；節(jié)段梁；預(yù)制安裝；施工控制；無測量塔

0 引言

短線法施工技術(shù)是指將梁體沿橋梁軸線方向分割成若干節(jié)段（圖1），節(jié)段在制作場內(nèi)按照一定的線形控制技術(shù)進行匹配預(yù)制，即上一完成節(jié)段端面須作為下一節(jié)段一端的端模；完成合理的存梁期之后采用架橋機進行整跨拼裝或者懸臂拼裝，并采用預(yù)應(yīng)力鋼束將梁體各個節(jié)段拼裝成為一個完整的梁體。由于短線預(yù)制拼裝梁具有“工廠化、標(biāo)準化、裝配化”的特點，對環(huán)境影響小、容易保證施工質(zhì)量，在國內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用[1-5]。不同于現(xiàn)澆梁的所見即所得，短線法施工所生產(chǎn)的節(jié)段梁難以在預(yù)制場組拼成預(yù)想的結(jié)構(gòu)形狀，故預(yù)制階段控制極為重要。

圖1 橋梁節(jié)段劃分Fig.1 Division of bridge sections

目前我國采用短線法施工的橋梁，基本上采用有測量塔的線形控制方法進行預(yù)制過程控制。

1 短線法施工控制技術(shù)

橋梁短線法預(yù)制技術(shù)具體施工步驟為：

1）安裝好模板后，預(yù)制第1塊節(jié)段梁，即起始塊；

2）將起始塊推出至匹配梁位置，以其一端作為下一個澆筑梁段的端模板，完成下一個節(jié)段的澆筑；

3）以n-1號塊作為n號塊匹配段，循環(huán)操作，可以完成所有梁節(jié)段的預(yù)制工作。

無論采用何種方法進行控制，其基本原理都是控制匹配預(yù)制的相鄰節(jié)段之間的空間相對位置，并根據(jù)誤差情況進行線形調(diào)整，為此需在梁上布設(shè)測點，并以此表示出節(jié)段梁的空間位置。

有測量塔的方法（圖2）是樹立2個相向而立的測量塔，該控制體系是由固定端模以及2個測量塔所確定的單元中心線建立預(yù)制單元局部坐標(biāo)系，并連同梁面上測點、以及預(yù)制場區(qū)固定復(fù)核點所形成測量控制系統(tǒng)。梁段澆筑完成后，使用全站儀采集所有測點三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)（包括固定端模、澆筑梁段以及匹配梁段），并通過誤差分析進行預(yù)測調(diào)整，從而保證梁段預(yù)制精度[4-6]。

圖2 有測量塔體系測點及測量塔布置Fig.2 Measuring points of the system with measuring tower and its arrangement

此體系能直觀地判斷固定端模與測量塔的相對位置以及匹配梁段的軸線位置，在匹配段放樣和糾正固定端模、測量塔偏位時所需時間較短，因此在國內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用。然而該方法中測量塔是必備設(shè)施，需滿足“精度高、變形小、無明顯沉降”的要求，并應(yīng)進行經(jīng)常性校準糾正和維護，不能勝任所有短線法施工控制。在測量塔維護困難等情況下，可采用一種無測量塔的控制體系進行控制。

無測量塔控制體系是由固定端模以及梁面測點組成的測量控制系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 無測量塔體系測點布置Fig.3 Measuring points arrangementofthe system without measuring towers

梁面上測點均布置于梁段端面上，該體系鋼尺直接丈量測量點間距以及水準儀測量高程來完成匹配段放樣、復(fù)核以及數(shù)據(jù)采集。

采用無測量塔方法控制的短線節(jié)段梁，在施工方面并沒有區(qū)別，都是在預(yù)制完起始節(jié)段之后，采用匹配預(yù)制的方法逐節(jié)段預(yù)制后續(xù)梁段。

2 控制方法比較

為了比較兩種方法在適用性、控制效率、控制精度等方面的效果，筆者在虎門二橋S3標(biāo)預(yù)制場開展了同步控制試驗，即在同一組梁上方布置2套不同的測點，并跟蹤整個預(yù)制過程。

2.1 無測量塔控制體系實施方案

各個梁段上設(shè)4個測點，測點采用2片角型材拼接而成，上方有凹點，用于確定測點的精確位置，由專業(yè)廠家精確制造。

測量控制中，匹配節(jié)段上方測點表示為5、6、7、8點，澆筑節(jié)段上方測點表示為1、2、3、4點。

短線法施工首先要進行首節(jié)段梁的預(yù)制。首節(jié)段梁，又稱為基準梁，其兩端均由端模板匹配。澆筑之前測點用螺栓固定在焊接于端模板的活動鉸頁上，混凝土達到合格強度拆模之前拆除螺栓，翻轉(zhuǎn)鉸頁，留待下一節(jié)段澆筑。在預(yù)制首節(jié)段的過程中，沒有匹配梁的存在，僅有4個測點1、2、3、4，后續(xù)的數(shù)據(jù)采集也僅針對此4個點，如圖4所示。

圖4 固定端模測點剖面圖Fig.4 Profile ofmeasuring points on fixed end form board

標(biāo)準節(jié)段預(yù)制完成后，將其移動至匹配位置。固定端模側(cè)測點布置與首節(jié)段設(shè)置一樣；匹配梁段側(cè)采用金屬蓋板將澆筑梁段與匹配梁段對應(yīng)位置測點連接在一起，澆筑完成后拆除蓋板即可，如圖5所示。

測量之前把定位鋼板頂?shù)纳w板卸掉，用20 m鑒定鋼尺結(jié)合握力器直接丈量距離：L12、L13、L14、L23、L24、L34、L17、L18、L27、L28、L78、L36、L45共13個距離值（L12表示1點和2點之間的距離），并且在現(xiàn)場掛設(shè)專業(yè)溫度計，讀取采集數(shù)據(jù)時溫度，對13個距離值進行溫度改正。1～ 8點高程采用精密水準儀測量。

圖5 節(jié)段梁間測點蓋板布置及拆除Fig.5 Layout and dismantling of measuring points cover board between segmentalbeams

2.2 無測量塔的控制方法

如圖6所示，1點和2點為連接與固定端?；顒鱼q頁上的2個測點，假定以固定端模中點為坐標(biāo)原點，以高程方向為Z軸，節(jié)段軸線方向為X軸，固定端模平面水平方向為Y軸建立坐標(biāo)系，則固定端模平面坐標(biāo)可設(shè)為（x1，y1，z1）和（x2，y2，z2）；由于其位置固定，且測點原件均為專業(yè)廠家生產(chǎn)的標(biāo)準件，可以認為，x1、y1、x2、y2數(shù)值已知。3點高程z、z1、z2，點距La、Lb值，也為已知采集數(shù)值。

圖6 無測量塔體系測點坐標(biāo)求解示意Fig.6 Point coordinates of none-measuring tower method

可以列出如下方程組：

求解得x，y值，依次可以求解得到所有1～8點平面坐標(biāo)。按以下步驟求解進行控制：

1）假設(shè)預(yù)制節(jié)段為n號塊，匹配節(jié)段為n-1號塊；

2）計算n-1號塊梁段節(jié)點在整體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。

式中：x3、y3、z3為n-1號塊梁段節(jié)點在整體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值；x、y、z為n-1號塊梁段節(jié)點在局部坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值；[]中為n-1號塊的計算坐標(biāo)系相對于整體坐標(biāo)系的方向余弦。

3）計算n-1號塊梁段節(jié)點在n號塊梁段坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。

式中：x3、y3、z3為n-1號塊梁段節(jié)點在整體坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值；x4、y4、z4為n-1號塊梁段節(jié)點在n號塊坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值；[]中為整體坐標(biāo)系相對于n號塊的計算坐標(biāo)系的方向余弦。

4）考慮對施工誤差的修正，并將步驟3）中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場坐標(biāo)系坐標(biāo)即可作為預(yù)制指令指導(dǎo)現(xiàn)場預(yù)制施工。

2.3 兩種控制方法比較

2.3.1 控制精度比較

測量精度主要包括高程精度和點位平面位置精度，上述2種方法高程均采用精密水準儀采集，可以認為其精度是一致的。平面位置因數(shù)據(jù)采集方法不同而有所不同。

2）無測量塔體系誤差：無測量塔測量控制體系誤差來源較多。

①鋼尺自身刻度誤差：即鋼尺在溫度和拉力一定的條件下丈量的長度與實際長度的誤差，估計值±0.5 mm；

②溫度誤差：假設(shè)溫度測量誤差為3℃，鑒定鋼尺尺帶膨脹系數(shù)為0.000 011 5，丈量長度為10 m。溫度對丈量長度的誤差 =10 000 mm× 0.000 011 5×3=0.3 mm；

③對點誤差：所埋設(shè)的預(yù)埋件上的控制點，在量距時人為對準的誤差估計為0.5 mm，對準為尺的兩端，對準誤差為0.5×1.4=0.7 mm；

④拉力引起的誤差估計為0.5 mm；

⑤讀數(shù)誤差：鋼尺的最小刻度為1 mm，估讀到0.1 mm，讀數(shù)估計誤差為0.3 mm；

1.1 mm，經(jīng)平差轉(zhuǎn)換為點位縱橫向誤差約為1～2 mm，點位誤差與節(jié)段梁長寬相關(guān)。

2.3.2 工效及資源配置對比

采用無測量塔體系匹配放樣過程中需要進行輔助計算，在熟練的前提下，匹配時間約為1～1.5 h，雙測量塔體系約為0.5～1 h。見表1。

表1 有無測量塔控制方法對比Table 1 Compare of methods with/without measuring towers

有、無測量塔的控制方法最明顯的差別是，有測量塔的方法需要在每一組預(yù)制臺座兩端建立固定的測量塔，導(dǎo)致以下問題：1）因為短線法對測量精度要求很高，測量塔必須具有足夠的剛度，即測量塔必須能夠抵抗水平變形和豎向變形。在軟土地基區(qū)域或者梁高較大的情況下，采用有測量塔的方法難以保證測量塔的穩(wěn)定性，進而對施工控制造成較大困難；2）高聳的測量塔對現(xiàn)場交通、梁段的運輸也可能形成阻礙。無測量塔方法的另一優(yōu)勢是，采集梁面上多點之間的相互距離，可使用這些數(shù)據(jù)進行內(nèi)部自檢，排除測量錯誤和測量誤差，而有測量塔的方法無法單純從測量數(shù)據(jù)判斷測量誤差是否符合要求；3）有測量塔測量過程需要使用價格昂貴的全站儀。

無測量塔的短線法施工控制也存在其特有的問題：1）測點在節(jié)段澆筑之前須完成布置工作，且位于節(jié)段邊角部位在管理不嚴格的施工環(huán)境中容易受到破壞如吊裝中的磕碰；2）測量鋼尺在使用過程中容易磨損，且測量中需保持一定的張力，多次使用因為疲勞問題而產(chǎn)生誤差；3）節(jié)段梁澆筑完成之后需要在其頂面鋪設(shè)模板布進行灑水養(yǎng)護，而鋼尺測距需要平整干凈的梁面；4）調(diào)梁及測量過程相對需要更多的工作人員及時間。

2.4 控制成果

按照無測量塔方法，可有效控制節(jié)段梁預(yù)制施工。在虎門二橋取一跨進行無測量塔控制試驗，并將預(yù)制局部坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到整體坐標(biāo)系中，求得實際預(yù)制值與理論值之差；圖7為高程和軸線控制結(jié)果，高程最大偏差6 mm，軸線最大偏差8 mm，與同步進行的有測量塔控制結(jié)果幾乎完全一致。

圖7 無測量塔方法中梁的預(yù)制偏差Fig.7 Prefabricated deviation of the beam in the method withoutmeasuring tower

3 結(jié)語

在橋梁短節(jié)段預(yù)制過程中，需要精確控制相鄰短節(jié)段之間的空間相對位置關(guān)系，我國常用的方法是樹立2個相向而立的測量塔，以預(yù)制短節(jié)段所用的固定端模板為基準建立坐標(biāo)系，并通過在測量塔控制匹配梁段頂面控制點坐標(biāo)，以達到控制匹配梁和新預(yù)制梁之間的空間相對位置的目的；本文所述無測量塔的控制方法，可達到與雙測量塔控制體系一樣的控制精度；在軟土地基、梁高較大等不宜或者無法建設(shè)測量塔的情況下，由于無測量塔體系控制精度不受測量塔變形影響，因而具有更高的控制精度。

[1]劉毅，王敏，田唯，等.基于幾何控制法的箱梁短線預(yù)制拼裝技術(shù)[J].中國港灣建設(shè)，2008（5）：52-54. LIU Yi,WANG Min,TIAN Wei,et al.Techniques for prefabrication and assembling ofshortbox-beams based on geometric control method[J].China Harbour Engineering,2008(5):52-54.

[2]王敏，劉景紅，張永濤.空間扭曲混凝土箱梁短線匹配法預(yù)制拼裝施工關(guān)鍵技術(shù)[J].中國港灣建設(shè)，2013（5）：58-61. WANG Min,LIU Jing-hong,ZHANG Yong-tao.Key technology in prefabrication and assembly ofspatially twisted concrete box girders [J].China Harbour Engineering,2013(5):58-61.

[3] 黃躍，岳章勝.連續(xù)梁短線拼裝法施工控制的研究[J].四川建筑，2008（4）：178-179. HUANG Yue，YUE Zhang-sheng.Study on construction control of continuous beam short-line assembling method[J].Sichuan Architecture，2008(4):178-179.

[4]劉亞東，秦宗平，金衛(wèi)兵.預(yù)制節(jié)段拼裝連續(xù)梁橋設(shè)計要點和施工關(guān)鍵技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2006（5）：50-55. LIU Ya-dong,QIN Zong-ping,JIN Wei-bing.Design essentials and key technology in assembling continous beam bridge with precastsections[J].Railway Construction Technology,2006(5):50-55.

[5]劉先鵬，劉亞東，戴書學(xué)，等.箱梁節(jié)段短線匹配法預(yù)制施工技術(shù)[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報，2006（5）：59-62. LIU Xian-peng,LIU Ya-dong,DAI Shu-xue,et al.Short line matching method ofprecastbox girdersection construction technology[J].Journalof Chongqing Jianzhu University,2006(5):59-62.

[6]王敏，張永濤，劉景紅，等.基于幾何控制法的短線預(yù)制拼裝箱梁研究[J].中國工程科學(xué)，2009（11）：79-81，96. WANG Min,ZHANG Yong-tao,LIU Jing-hong,etal.The research on method of geometry-control during erection of the short-line bridge[J].Engineering Science,2009(11):79-81,96.

Construction control technology of bridge precast segment assembling by short-line method without measuring tower

WU Xing-fa1,XIAN Rong2,XIYong-lei3
（1.CCCC Second Harbour Engineering Co.,Ltd.,Key Lab ofLarge-Span Bridge Construction Technology ofMinistry of Communications,Wuhan,Hubei430014,China;2.Guangdong Provincial Highway Construction Co.,Ltd.,Guangzhou, Guangdong 510623,China;3.China Communications 2nd Navigational Bureau 2nd Engineering Co.,Ltd.,Chongqing 401120, China）

Short-line method for precast assembling bridge,the bridge is divided into short segments,and precasted in a short segmental templates,then transported to designated location and assembled into a bridge.In our country the commonly used construction controlmethod is measurementmethod with measuring tower,we introduced a measurementcontrolmethod without measuring tower,then analyzed and compared the two methods.It is proved that the two methods have the same precision in mostcases,butin the case of softsoilfoundation and high beam depth and so on,the stability of the measuring tower is not easy to guarantee,the method withoutmeasuring tower has higher accuracy.

short-line method;segmental beam;precast installation;construction control;without measuring tower

U445.4

B

2095-7874（2017）02-0080-06

10.7640/zggwjs201702016

2016-09-20

2016-11-17

巫興發(fā)（1988— ），男，江西贛州人，碩士，工程師，橋梁工程專業(yè)，從事橋梁結(jié)構(gòu)分析與施工監(jiān)控。

E-mail：514300395@qq.com